Uma prisão em miniatura para fótons - essa é a nanocavidade descoberta por cientistas da Universidade de Twente. É uma cavidade extremamente pequena rodeada por um cristal óptico, uma estrutura de poros gravada em duas direções perpendiculares. O confinamento de fótons nesta cavidade 3-D pode levar a lasers e LEDs minúsculos e eficientes, armazenamento de informações ou sensores de luz ultrassensível. Os resultados são publicados em Revisão Física B , uma das revistas da American Physical Society.

As técnicas de captura de luz são os fundamentos da fotônica. Uma cavidade bem conhecida consiste em dois espelhos entre os quais uma onda estacionária será formada de uma certa cor de luz, dependendo da distância entre os espelhos. Este é o princípio de funcionamento de um laser. Mas a luz que está vazando para os lados nunca mais será refletida. É possível capturar um fóton dentro de uma 'cela de prisão' tridimensional cercada por espelhos? É de fato, os pesquisadores da UT agora demonstram. Os espelhos, nesse caso, são formados por um cristal fotônico tridimensional, consistindo em poros que foram gravados profundamente no silício em duas direções, perpendiculares entre si.

Os cristais fotônicos são conhecidos por suas propriedades de luz muito especiais. A estrutura e a periodicidade dos poros permitem que apenas a luz de certos comprimentos de onda se propague dentro do cristal. Mas como você cria uma cavidade para prender um fóton em uma estrutura como esta? Em seu novo jornal, os pesquisadores do UT mostram que isso é possível alterando deliberadamente o diâmetro de dois poros. Em seu ponto de cruzamento, uma irregularidade ou defeito se forma dentro do cristal. Esta minúscula cavidade é cercada pela estrutura de cristal periódica, forçando o fóton de volta para a cavidade. Simplesmente não há como escapar. "Nossos cálculos mostram que, neste minúsculo volume da cavidade, a energia óptica é aumentada em até 2, 400 vezes em comparação com o exterior do cristal. Este é um aprimoramento muito grande, dadas as pequenas dimensões, "diz o Dr. Devashish, o autor principal do artigo.

Leve

Ao alterar a estrutura periódica localmente, o cristal também mostra considerável absorção de luz visível, até dez vezes a absorção de silício em massa. "Esta forte absorção, em um volume muito pequeno, é uma ótima propriedade para novos sensores. Graças à alta densidade dos poros, o cristal é muito leve - também chamamos isso de 'holeyness' ", Prof Willem Vos diz. Ele é o líder do grupo Complex Photonics Systems no MESA + Institute da UT.

Em publicações anteriores, o grupo mostrou que os cristais fotônicos semelhantes a diamantes podem refletir uma gama muito ampla de cores de luz para todos os ângulos:esses resultados levaram à nova descoberta agora apresentada. Nas próximas gerações de circuitos integrados fotônicos (PICs), espera-se que as nanocavidades desempenhem um papel importante no tratamento de sinais ópticos, no armazenamento de informações ou dispositivos fotônicos quânticos.

A pesquisa foi realizada pelo grupo Complex Photonic Systems, junto com o grupo de Matemática da Ciência da Computação, ambos do Instituto MESA + da UT.

O artigo "Cavidade de gap fotônico tridimensional com suporte finito:densidade de energia aprimorada e absorção óptica" apareceu em Revisão Física B , Edição de fevereiro de 2019.